清华模电课件第4讲基本共射放大电路的工作原理.ppt

模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第二章第二章 基本单元电路基本单元电路第一节第一节 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标第二节第二节 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理第三节第三节 工作点稳定电路的分析方法工作点稳定电路的分析方法第四节第四节 放大电路的三种组态及其性能比较放大电路的三种组态及其性能比较第五节第五节 场效应管基本放大电路场效应管基本放大电路第六节第六节 差动放大电路差动放大电路第七节第七节 电流源电路电流源电路本章教学主要内容本章教学主要内容 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第一节第一节 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标一、一、什么是放大什么是放大1 1、概念：、概念：将微弱的电信号通过放大电路将微弱的电信号通过放大电路(也称放大器也称放大器)放大到放大到具有足够大的功率去推动负载，这就是放大。具有足够大的功率去推动负载，这就是放大。2 2、放大的本质：、放大的本质：能量的控制和转换；即在输入信号作用下，通过放能量的控制和转换；即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。注意：只有在不失真的情况下放大才有意义。注意：只有在不失真的情况下放大才有意义。模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。任何放大电路均可看成为二端口网络。二、二、放大电路的性能指标放大电路的性能指标（衡量放大电路性能的优劣衡量放大电路性能的优劣）模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学其中其中 都是有效值都是有效值1 1、放大倍数、放大倍数（直接衡量放大电路放大能力的重要指标直接衡量放大电路放大能力的重要指标）电压放大倍数：电压放大倍数：输出电压输出电压 与输入电压与输入电压 之比之比 ，即即 电流放大倍数：电流放大倍数：输出电流输出电流 与输入电流与输入电流 之比，之比，即即 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 越大，表明放大电路所得到的输入电压越大，表明放大电路所得到的输入电压 越接近信号源越接近信号源电压电压 ；即信号源内阻上的电压越小，信号电压损失越小。；即信号源内阻上的电压越小，信号电压损失越小。2 2、输入电阻、输入电阻输入电阻输入电阻 是从放大电路输入端看进去的交流等效电阻，是从放大电路输入端看进去的交流等效电阻，定义为输入电压有效值定义为输入电压有效值 和输入电流有效值和输入电流有效值 之比，即之比，即 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学输出电阻输出电阻 越小，负载电阻越小，负载电阻 变化时，输出电压变化时，输出电压 的的变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。变化越小，称为放大电路的带负载能力越强。输出电阻输出电阻 就是负载开路时从放大电路输出端看进去的就是负载开路时从放大电路输出端看进去的交流等效内阻。交流等效内阻。定义定义 3 3、输出电阻、输出电阻 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4、通频带、通频带（衡量放大电路对不同频率信号的放大能力）（衡量放大电路对不同频率信号的放大能力）图为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线，图为某放大电路放大倍数的数值与信号频率的关系曲线，称为幅频特性曲线，图中称为幅频特性曲线，图中 为中频放大倍数的数值。为中频放大倍数的数值。下限频率下限频率上限频率上限频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下降，使放大倍数的数值等于降，使放大倍数的数值等于0.7070.707倍倍 的频率称的频率称 为为下限截下限截止频率止频率 在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将减小，在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将减小，使放大倍数的数值等于使放大倍数的数值等于0.7070.707倍倍 的频率称的频率称 为为上限截止频上限截止频率率下限频率下限频率上限频率上限频率 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 与与 之间形成的频带称为放大电路的之间形成的频带称为放大电路的通频带通频带下限频率下限频率上限频率上限频率 通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。越强。模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学5 5、非线性失真系数、非线性失真系数6 6、最大不失真输出电压、最大不失真输出电压 当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。输出电压。7 7、最大输出功率与效率、最大输出功率与效率 输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比称为非线性非线性失真系数失真系数 。设基波幅值为。设基波幅值为 、谐波幅值、谐波幅值 则则 在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率。此时，率。此时，输出电压达到最大不失真输出电压。输出电压达到最大不失真输出电压。直流电源能量的利用率称为效率直流电源能量的利用率称为效率 ，设电源消耗的功率，设电源消耗的功率为为 则效率则效率 等于最大输出功率等于最大输出功率 与与 之比之比 ，即，即 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(2)(2)输入回路应使交流信输入回路应使交流信号电压能加到管子上，号电压能加到管子上，使产生交流电流使产生交流电流第二节第二节 放大电路的组成及工作原理放大电路的组成及工作原理一、组成原则一、组成原则(1)(1)电源极性必须使放大管处于放电源极性必须使放大管处于放大状态，大状态，即即e e结正偏，结正偏，c c结反偏结反偏。模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学(3)(3)输出回路应使输出电流输出回路应使输出电流 尽可尽可能多地流到负载上能多地流到负载上，减少其他分流；，减少其他分流；(4)(4)为了保证放大电路为了保证放大电路不失真地放大信号，必不失真地放大信号，必须在没有外加信号时使须在没有外加信号时使放大管有一个合适的静放大管有一个合适的静态工作点，称之为态工作点，称之为合理合理的设置静态工作点的设置静态工作点。模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学V VBBBB、R Rb b：使：使U UBEBE U Uonon，且有合适的，且有合适的I IB B。V VCCCC：使：使U UCECEU Uonon，同时作为负载的能源。，同时作为负载的能源。R Rc c：将：将i iC C转换成转换成u uCECE(u uo o)。动态信号作用时：动态信号作用时：二、基本共射放大电路二、基本共射放大电路C C1 1 C C2 2：隔直耦合电容：隔直耦合电容 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学习惯画法习惯画法单电源供电单电源供电 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学一、静态工作点稳定的必要性一、静态工作点稳定的必要性 静态工作点不但静态工作点不但决定了电路是否会产决定了电路是否会产生失真，而且还影响生失真，而且还影响着电压放大倍数、输着电压放大倍数、输入电阻等动态参数。入电阻等动态参数。晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线第三节第三节 工作点稳定电路的分析方法工作点稳定电路的分析方法 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 在引起在引起Q Q点不稳点不稳定的诸多因素中，定的诸多因素中，温温度对晶体管参数的影度对晶体管参数的影响是最为主要的。响是最为主要的。晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线 实际上，电源电压的波动、元件的老化以及温度变化实际上，电源电压的波动、元件的老化以及温度变化所引起晶体管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，所引起晶体管参数的变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时电路甚至无法正常工作。从而使动态参数不稳定，有时电路甚至无法正常工作。模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线 所谓稳定所谓稳定Q Q点，是指在环境温度变化时静态集电极点，是指在环境温度变化时静态集电极电流电流 和管压降和管压降 基本不变，即基本不变，即Q Q点在晶体管输出点在晶体管输出特性坐标平面中的位置基本不变。特性坐标平面中的位置基本不变。模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、固定分压式工作点稳定、固定分压式工作点稳定电路电路的形式的形式Ce为旁路为旁路电容，在电容，在交流通路交流通路中可视为中可视为短路短路Rb1 Rb2为固定为固定分压偏置电阻分压偏置电阻Re为射极电阻为射极电阻二、典型的静态工作点稳定电路二、典型的静态工作点稳定电路 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学电路中，电路中，B B点的电流方程为点的电流方程为为了稳定为了稳定Q Q点，通常情况下，参数的选取应满足点，通常情况下，参数的选取应满足因此，因此，因而，因而B B点电位点电位 公式表明基极电位公式表明基极电位几乎决定于几乎决定于 与与 对对 的分压，而与环的分压，而与环境温度无关，即当温度境温度无关，即当温度变化时，变化时，基本不变。基本不变。2 2、Q Q点稳定原理点稳定原理B B 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学B B由此可见，电路稳定由此可见，电路稳定Q Q点的原因是点的原因是(1)(1)的直流负反馈作用；的直流负反馈作用；(2)(2)在在 的情的情况下，况下，在温度变在温度变化时基本不变化时基本不变 T()IC(IE)UE UBE（UB基本不变）基本不变）IB IC 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、基本概念、基本概念组成原则组成原则电容断开，其它保留电容断开，其它保留 (1)(1)静态：不加输入信号（静态：不加输入信号（）时）时,电路所处的状态。电路所处的状态。静态工作点静态工作点Q Q，(2)(2)直流通路：直流电流通过的路径直流通路：直流电流通过的路径(3)(3)动态：有外加输入信号（动态：有外加输入信号（）时）时,电路所处的状态。电路所处的状态。(4)(4)交流通路：交流电流通过的路径交流通路：交流电流通过的路径组成原则组成原则电容短路，电容短路，直流电源对地短接，其它保留直流电源对地短接，其它保留 三、工作点稳定电路的分析方法三、工作点稳定电路的分析方法 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2、分析方法、分析方法公式法公式法-静态工作点静态工作点Q Q，图解法图解法-静态工作点静态工作点Q Q，波形分析，波形分析，h h参数微变等效电路法参数微变等效电路法-等等 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3 3、放大电路的直流通路和交流通路、放大电路的直流通路和交流通路直流通路直流通路电容断开电容断开(1)(1)直流通路直流通路 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学交流通路交流通路电容短路电容短路直流电源直流电源对地短接对地短接(2)(2)交流通路交流通路 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4、公式法求静态工作点、公式法求静态工作点发射极电流发射极电流 由于由于 ，管压降管压降 基极电流基极电流 入手点是入手点是 ，在已知，在已知 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（晶体管的（晶体管的h h参数等效模型参数等效模型）在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。输入回路、输出回路各为一个端口。5 5、h h参数微变等效电路法参数微变等效电路法（中频小信号）（中频小信号）模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学放大电路的动态分析放大电路的动态分析放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路h参数微变等参数微变等效电路效电路